[发明专利]一种制备微米级增材制造用球形钴铬钼合金粉末的方法

说明书

本发明提供了一种制备微米级增材制造用球化钴铬钼合金粉末的方法，采用的原料为水雾化制得的不规则钴铬钼合金粉末，经调整后的实验参数球化处理，可得到形貌规则、高球化率(≧90％)、高球形度、高堆积密度的微米级球形钴铬钼合金粉末，且这种球形钴铬钼合金粉末因流动性好，可直接用于增材制造。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种制备微米级增材制造用球形钴铬钼合金粉末的方法。

背景技术

微米级的球形金属粉末在增材制造领域的应用十分广泛，而且与其他类型的材料(箔材、块体材料)相比，粉末类材料具有诸多优点，比如制备较容易、材料利用率高、类别广泛、建造过程简单等。增材制造工艺中的选择性激光熔融成型工艺(SLM)、激光近净成型工艺(LENS)、电子束熔融成型工艺(EBM)等所使用的均为微米级球形金属粉末材料在能量源的作用下融化堆积而成。

不管是国内还是国外，都存在多家研究与开发单位对微米级球形金属粉末材料和工艺进行了相关的研究和开发工作，较出名的在国外有德国的EOS、美国的Optomec等；国内有株洲普林特、北京友兴联等。

目前，用于制备微米级金属粉末的生产方法主要有电解法、水/气雾化法、高能球磨法、雾化造粒法等。其中电解法制备的粉末形貌呈树枝状，粉末颗粒中存在较大的内应力，流动性差，不适合直接用于增材制造；雾化造粒法制得的粉末呈疏松多孔结构，致密度与松装密度低，不适直接用于增材制造。

水雾化法，是利用中频感应电炉将合金原料熔化，熔体通过直径只几毫米的漏眼形成金属液柱下落，在下落的过程当中，由环绕的多个高压水流冲击金属液柱，将其冲击成金属粉末状，而后再通过水、粉分离装置，将收集的湿粉末烘干即可。水气雾化法与高能球磨法制得的金属粉末球化率与球形度都相对较低，一般也不直接用于增材制造。

发明内容

本发明拟要解决是由水雾化方法所制得的不规则形貌的钴铬钼合金粉末因流动性差，无法直接应用于增材制造的问题，提供一种加工方法，采用射频等离子体粉体球化系统对水雾化所制得的不规则钴铬钼合金粉末进行更进一步的加工，经过等离子区域熔融凝固等一系列过程，最终获得形貌规则、高球化率(≧90％)、高球形度、高堆积密度、性能优良的微米级球形钴铬钼合金粉末。

本文中出现的“钴铬钼合金粉末”一词，即表示主要成分为钴、铬、钼的合金粉，为固溶体，其中铬元素的重量百分比范围在26.5～30.0％之间，钼元素的重量百分比在4.5～7.0％之间，碳元素的重量百分比小于等于0.35％，镍元素的重量百分比小于等于1.0％，铁元素的重量百分比小于等于1.0％，锰元素的重量百分比小于等于1.0％，硅元素的重量百分比小于等于1.0％，钴元素为余量。

该加工方法所使用的装置为射频等离子体粉体球化系统，可以是泰克纳(TEKNA)公司所生产的SY129射频等离子体粉体球化系统，SY129射频等离子体粉体球化系统主要包括：(1)等离子体炬(Plasma torch)：易于维护，可在氧化、还原、或惰性环境下操作，无电极污染。(2)处理反应器(Reactor)和粉末采集器(Powder collector)：在线采集系统，过滤器自动清洗系统。(3)操作界面：实时数据采集，报警显示和管理，程序化运行和操作。(4)等离子体废气再循环：90％废气循环使用，氩、氦和氢经济运行。(5)输粉器：专门设计，用于输送低流动性粉末，在可控制的气压下运行，在线灌装系统，输送率监控。

SY129射频等离子体粉体球化系统的工作原理为：微米级金属粉末颗粒被供粉气流(Carrier gas)通过加料枪喷入到等离子体炬后，在辐射、对流、传导和化学四种传热机制作用下，被迅速加热而熔化。熔融的颗粒在表面张力的作用下在短时间内形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成微米级的球形颗粒。

SY129射频等离子体粉体球化系统工作时的保护气体为纯度为99.99％的氮气与99.99％的氢气。